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磁性离子液体的合成表征及磁性研究

作　者: 杨富明
导　师: 乔聪震
学　校: 河南大学
专　业: 化学工程
关键词: 磁性离子液体 物理化学性质 磁性 碳纳米管
分类号: O645.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


基于磁性离子液体的优良特性,本文设计并合成了一系列功能化的磁性离子液体,研究了磁性离子液体的物理化学性质,并对磁性离子液体的磁性进行了研究,概括总结了阴阳离子结构对磁性离子液体磁性的影响。同时将特殊功能化的磁性离子液体与碳纳米管结合,得到了具有磁性的碳纳米管。论文的主要内容如下:1)合成了[C4mim]Cl/FeCl3体系磁性离子液体,通过改变原料配比考察了磁性离子液体阴离子的存在形式。研究表明原料配比是导致不同阴离子构型的主要因素,不同的阴离子构型使磁性离子液体具有不同的物理性质和电化学性质。另外,通过对[C4mim]Br/FeCl3体系磁性离子液体的研究,证明了磁性离子液体阴离子络合物形成的过程中有离子相互交换现象,从而揭示了磁性离子液体的形成机理。2)设计并合成了一种乙烯基咪唑类离子液体[Vmim]X(X=Cl、Br),通过对反应条件的优化,得到了较高的转化率和选择性,通过对合成的乙烯基功能化的咪唑类离子液体进行物性研究,发现乙烯基的引入使该离子液体的物理化学性质发生了很大改变。再者,以[Vmim]X为原料,合成了具有π-π共轭阳离子结构的磁性离子液体[Vmim]X/FeCl3,进一步,将[Vmim]FeCl4聚合制备出了聚合磁性离子液体PMIL。3)以单壁碳纳米管SCNT为载体,以[Vmim]FeCl4为原料制备出了磁性碳纳米管MCNT,通过Raman、IR和SEM等测试手段对磁性碳纳米管的结构进行了表征,初步结果表明,聚合阳离子包裹在了碳纳米管表面,而磁性阴离子[FeCl4]-则进入了碳纳米管管内。4)合成了一系列含金属铁离子的双咪唑类磁性离子液体:[C2(mim)2][FeCl4]2、[C4(mim)2][FeCl4]2、[C2(mim)2]Br2/FeCl3、[C4(mim)2]Br2/FeCl3,并对其热力学性质进行了研究。另外合成了一系列含镝的双咪唑磁性离子液体: [C2(mim)2]2[Dy(SCN)7]、[C4(mim)2]2[Dy(SCN)7]、[C6(mim)2]2[Dy(SCN)7]、[C8(mim)2]2[Dy(SCN)7]、[C10(mim)2]2[Dy(SCN)7]。培养出了[C4(mim)2]2[Dy(SCN)7]和[C6(mim)2]2[Dy(SCN)7]的单晶,并对其晶体结构进行了表征分析。结果表明,金属离子Dy3+在磁性离子液体中属于七配位,属首次报道。5)对所合成的所有磁性离子液体进行了磁性表征,分析并总结了磁性离子液体阳离子结构、阴离子结构对磁性大小的影响。同时对负载型磁性离子液体的磁性进行了研究,初步结果表明,碳纳米管的特殊结构使磁性离子液体显示出了铁磁性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
1 绪论  12-30
  1.1 离子液体  12-19
    1.1.1 定义  12
    1.1.2 离子液体的发展  12-13
    1.1.3 离子液体特性  13-14
    1.1.4 离子液体的种类  14-16
      1.1.4.1 常规离子液体  14
      1.1.4.2 功能化离子液体  14-15
      1.1.4.3 手性离子液体  15-16
    1.1.5 离子液体的合成  16-17
      1.1.5.1 一步法合成  16
      1.1.5.2 两步合成法  16
      1.1.5.3 强化合成法  16-17
    1.1.6 离子液体的物理化学性质  17-18
    1.1.7 离子液体的应用  18-19
      1.1.7.1 离子液体在有机反应中的应用  18
      1.1.7.2 离子液体在分离中的应用  18-19
      1.1.7.3 离子液体在电化学中的应用  19
      1.1.7.4 离子液体在生物化学中的应用  19
  1.2 磁性离子液体  19-28
    1.2.1 物质的磁性  19-20
    1.2.2 磁性的分类  20-22
      1.2.2.1 抗磁性  20-21
      1.2.2.2 顺磁性  21
      1.2.2.3 铁磁性  21-22
      1.2.2.4 反铁磁性  22
    1.2.3 磁性材料的分类  22-23
    1.2.4 磁性离子液体简介  23-28
      1.2.4.1 磁性离子液体的概念  23-24
      1.2.4.2 磁性离子液体的特点  24-25
      1.2.4.3 磁性离子液体的分类  25
      1.2.4.4 磁性离子液体的发展及应用  25-27
      1.2.4.5 磁性离子液体的应用  27-28
  1.3 研究现状  28
  1.4 论文的研究意义和内容  28-30
2 常规磁性离子液体  30-49
  2.1 引言  30
  2.2 铁类磁性离子液体的合成与表征  30-47
    2.2.1 主要原料  30
    2.2.2 合成仪器  30-31
    2.2.3 分析仪器  31
    2.2.4 合成步骤  31-33
      2.2.4.1 [C_4mim]Cl/FeCl_3 的合成  31-32
      2.2.4.2 [C_4mim]Br/FeCl_3 的合成  32-33
    2.2.5 结构表征及分析  33-42
      2.2.5.1 中间体[C_4mim]Cl 和[C_4mim]Br 的结构表征与讨论  33-35
      2.2.5.2 [C_4mim]Cl/FeCl_3 体系结构表征与讨论  35-39
      2.2.5.3 [C_4mim]Br/FeCl_3 体系结构表征和讨论  39-42
    2.2.6 物性研究  42-47
      2.2.6.1 密度和粘度  42-44
      2.2.6.2 相变温度  44-45
      2.2.6.3 电化学性质  45-47
  2.3 小结  47-49
3 共轭磁性离子液体  49-71
  3.1 引言  49
  3.2 共轭中间体[Vmim]X 的合成与表征  49-66
    3.2.1 主要原料  49-50
    3.2.2 合成仪器  50
    3.2.3 分析仪器  50
    3.2.4 合成步骤  50-52
      3.2.4.1 季铵化反应  51
      3.2.4.2 消去反应  51-52
    3.2.5 反应条件优化  52-55
      3.2.5.1 季铵化反应条件优化  52-53
      3.2.5.2 消去反应条件优化  53-55
    3.2.6 结构表征与分析  55-59
      3.2.6.1 季铵化反应产物表征  55-58
      3.2.6.2 消去反应产物的表征  58-59
    3.2.7 物性研究  59-66
      3.2.7.1 密度和粘度  59-62
      3.2.7.2 熔点和玻璃转化温度  62-64
      3.2.7.3 热力学稳定性  64-65
      3.2.7.4 电化学性质  65-66
  3.3 共轭结构[Vmim]X/FeCl_3 的合成与表征  66-70
    3.3.1 主要原料  66
    3.3.2 合成仪器  66
    3.3.3 分析仪器和方法  66
    3.3.4 合成步骤  66-67
    3.3.5 结构表征  67-68
    3.3.6 物性研究  68-70
  3.4 小结  70-71
4 聚合磁性离子液体与磁性碳纳米管  71-82
  4.1 引言  71
  4.2 主要原料  71
  4.3 合成仪器  71
  4.4 分析仪器和方法  71-72
  4.5 合成步骤  72-73
    4.5.1 聚合磁性离子液体的合成  72
    4.5.2 磁性碳纳米管的合成  72-73
      4.5.2.1 碳纳米管的提纯  72
      4.5.2.2 离子液体负载  72-73
  4.6 结构表征  73-78
    4.6.1 聚合磁性离子液体的结构表征  73-75
    4.6.2 磁性碳纳米管的结构表征  75-77
    4.6.3 CNT 和MCNT 的形貌分析  77-78
  4.7 物性研究  78-80
    4.7.1 聚合磁性离子液体  78-79
    4.7.2 磁性碳纳米管  79-80
  4.8 小结  80-82
5 双咪唑磁性离子液体  82-114
  5.1 引言  82
  5.2 主要原料  82-83
  5.3 合成仪器  83
  5.4 分析仪器  83
  5.5 合成步骤  83-87
    5.5.1 双咪唑卤盐离子液体的合成  83-84
    5.5.2 双咪唑含铁磁性离子液体的合成  84-85
    5.5.3 双咪唑含镝磁性离子液体  85-87
  5.6 结构表征  87-97
    5.6.1 双咪唑卤盐结构表征  87-92
    5.6.2 双咪唑含铁磁性离子液体的结构表征  92-94
    5.6.3 双咪唑含镝磁性离子液体的结构表征  94-97
      5.6.3.1 双咪唑硫氰酸离子液体  94-95
      5.6.3.2 双咪唑含镝磁性离子液体  95-97
  5.7 物性研究  97-112
    5.7.1 双咪唑含铁磁性离子液体  97-99
    5.7.2 双咪唑含镝磁性离子液体  99-112
      5.7.2.1 热力学性质  99-101
      5.7.2.2 光学性质  101-104
      5.7.2.3 晶体结构  104-112
  5.8 小结  112-114
6 磁性离子液体磁性研究  114-127
  6.1 引言  114
  6.2 阴离子结构对磁性的影响  114-119
  6.3 阳离子结构对磁性的影响  119-124
    6.3.1 阳离子共轭结构对磁性的影响  119-120
    6.3.2 聚合阳离子结构对磁性的影响  120
    6.3.3 双阳离子结构对磁性的影响  120-124
      6.3.3.1 双阳离子含铁离子液体磁性  120-121
      6.3.3.2 双阳离子含镝离子液体磁性  121-124
  6.4 离子液体负载对磁性的影响  124-125
  6.5 小结  125-127
7 结论与展望  127-130
  7.1 主要结论  127-129
  7.2 展望  129-130
缩略语表  130-132
参考文献  132-145
个人简历及发表文章目录  145-146
致谢  146

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 溶液 > 液态溶液
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